Naissance de notre système solaire

Naissance de notre système solaire Refs: Faure Geochemistry http://spacelink.msfc.nasa.gov/Instructional.Materials/Curriculum.Support/Space.Science/Our.Solar.System/ http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/

Fe:produit dans la dernière phase de fusion CNO Éléments > Fe:activation par neutrons Éléments fissionable Instable

Caractéristiques de l’abondance solaire • Les éléments qui ont des nombres atomiques pairs sont plus abondant que les éléments voisins aux nombres atomiques impairs (effet zigzag) • Abondance extrême de H et He (> 99 wt%). Il existe une diminution exponentielle de l’abondance des éléments en fonction de l’augmentation du nombre atomique (jusqu’à Z=45). • Certains éléments ont de faibles abondances. Les éléments adjacents à l’hélium dans le tableau périodique : Li (N=3), Be (N=4), B (N=5), Sc (N=21). • Abondances élevées pour O (N=8), Fe (N=26) et Pb

Caractéristiques de l’abondance solaire • Les isotopes dont le nombre de masse est un multiple de 4 ont des abondances élevées. O (N=8). Remarque: l’isotope d’un élément contient un nombre variable de neutrons mais un nombre constant de protons. • Les éléments dont le nombre atomique est supérieur à 50 (Z>50) ont de faibles abondances. • Les éléments dont le nombre atomique est supérieur a 83 n’ont aucuns isotopes stables. Par contre, ces éléments existent dans la nature car ils proviennent de la désintégration d’isotopes radioactifs à longue demi-vie.

Au début . . . • Nébuleuse solaire inter-stellaire composée de poussières et de gaz (6 milliards d’années) • Forces de gravité, magnétique et électrique augmentent la densité puit T et P • Augmentation de la rotation, formation du disque central • Gradient thermique/pression vers l’interieur Première différenciation chimique

Condensation de la matière • 1325° Oxides: CaO, Al2O, TiO, ÉTR (REE) • 1025°  Fe et Ni métalliques • 925°  Silicates de Mg et Fe: Enstatite [MgSiO3] et olivine [Fe,Mg)2SiO4] • 725°  Métaux Alkalins + oxydes Al/Si = feldspaths [NaAlSi3O8] • 400°  H2S + Fe = Troilite [FeS] • 280°  H2O + Ca/Mg/Fe-silicates = amphiboles, serpentine • <0°  H2O glace • –100°  CO2 glace • –125°  NH3· H2O – hydrate d’ammoniac • –150°  CH4 · 7H2O – hydrate de méthane • –180°  N2 • –210°  Ar et CH4

Accrétion de matière • Poussière des composés réfractaires (oxides, Fe, Ni) • Les composés avec haute pression de vapeur vont aux extrémités du disque (H2, He, H2O, NH3, CH4) • Accrétion des proto-planètes de matière solide (10 à 1000 km diamètre) par la gravité et l’attraction électrostatique • Ignition du H dans le jeune soleil  super chaud • Éjection de 25% de sa masse  vent de plasma solaire: p et e–  lavage des gaz de la nébuleuse solaire (H et He) vers l’extérieur

Formation des planètes terrestres Mercure, Venus, Terre, Mars et les astéroïdes • Agglomération des proto-planètes en planètes • Chacune ont un noyau de fer entouré d’un manteau silicaté • Fusion par causée par la chaleur d’accrétion et désintégration radioactive • Refroidissement par radiation et solidification • Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la capture de comètes

Formation des planètes joviennes Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton • Agglomération des proto-planètes de matière solide et formation des noyaux • Condensation et accrétion des volatiles • Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la capture de comètes

Distribution de masse

Le Soleil • 92.1% H • 7.8% He • 0.1% d’éléments plus lourds – 70 éléments • Noyau - 15.6 millions K, 250 milliards atm • Surface – 5800 K • Émissions – photons + “vent” de p et e–

Mercure • Visité par Mariner 10 en 1974-1975 • Noyau Fe • Croûte très mince silicatée • Pas de tectonique de plaques • Atmosphère O, Na, H (créée par le vent solaire) • Glace de H2O aux pôles dans l’ombre des cratères!

Venus • Mariner 2 (1962) à Magellan (1989-94) • Noyau de fer, ½ de son diamètre, mais sans champ magnétique • Manteau de roches, partiellement liquide et convectif • Croûte silicatée avec volcanisme dans le passé - volcans de bouclier, (et peut-être aujourd’hui - SO2) • Pas de cratère d’impact • Surface peu ondulée, dunes de sable, vents légers • Atmosphère: 90bar, CO2 (et H2SO4) mais sans H2O • T à la surface = 450°C (effet de serre par CO2)

Terre • Noyau de fer, +½ de son diamètre, avec un champ magnétique • Manteau de roche, partiellement liquide et convectif • Croûte silicatée différentiée par le volcanisme et la tectonique des plaques • Atmosphère: 1bar, N2, O2, H2O et CO2 • T à la surface = 15°C (effet de serre par H2O)

Mars • Mariner 4 (’65), Mars 2 et Viking (’76), Pathfinder (’97) • Noyau de fer et FeS ~½ diamètre de la planète • Manteau de roches, partiellement liquide • Croûte silicatée – roches volcaniques • Tectonisme “verticale” par volcanisme sans plaques • Atmosphère: 7 mbar de CO2 • T à la surface = –55°C (–143 à 17°C) – pas d’effet de serre • Calottes glacières (CO2 et H2O) aux pôles • Preuves que l’intérieur contient de l’eau

Ceinture d’astéroïdes • Orbite entre Mars et Jupiter • >500 000 découvertes, 26 > 200 km dia. • Masse totale < masse de la lune. • Solide, sans volatiles • Ceres = 933 km dia, et 25% masse totale • Type C – (75%) foncée, carbonatée avec composition du soleil (sans H, He) • Type S – (17%) brillante, métaux-Fe/Ni avec silicates-Mg • Type M – (6%) brillante, métaux-Fe/Ni • Densité  1 (poreux, débris compactés?) • Galileo visite Gaspra et Ida en 1991/93 • NEAR orbite Eros (fev 2000) et atterri en fev 2001.

Jupiter • Noyau rocheux 10 à 15 x la masse de la Terre, 20 000 K • Manteau de H liquide métallique (p et e– ionisés) 4 E6 bars • Conducteur et source du champ magnétique • Trop petit pour s’allumer (1/80 la masse H nécessaire) • “Croûte” de H2 et He liquide (traces de H2O, CO2, CH4) • Atmosphère de H2 et He (et gaz de S – patrons) • 28 satellites (lunes) • Anneaux rocheux, très minces, nourris par la poussière des lunes

Saturne • Noyau rocheux, 12 000 K • Manteau de H liquide métallique (p et e– ionisés) (comme Jupiter) • Atmosphère de H2 et He (75:25) liquide/gaz avec traces de H2O, CO2 • 30 satellites (lunes) • Anneaux 250 000 km de large et très minces (<1 km) composés de H2O glace

Uranus • Visité par Voyager 2 - Jan 24 1986 • 3ème plus grande planète en diamètre • Noyau liquide de H2O, CH4 et NH3et d’autres matériaux plus dense vers l’intérieur. • Pas de croûte • Atmosphère de 83% H2, 15% He et 2% CH4 (bleu) • T = 76 K (à pression de 1 bar) • 21 lunes, 11 anneaux de poussière

Neptune • Visité par Voyager 2 - Aug 25 1989. • 4ème plus grande planète en diamètre, mais 3ème en masse • Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He et 3% CH4 (bleu) • Noyau liquide de H2O et d’autres matériaux plus denses, diamètre = Terre. • Pas de croûte • T = 73 K (à pression de 1 bar) • 8 lunes, 4 anneaux de poussière

Pluton • Jamais visité • Planète la plus petite (0.0022 x masse de la Terre) • Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He et 3% CH4 (bleu) • Noyau rocheux avec manteau liquide de H2O • Mince croûte de CH4 gelée avec de N2 et CO • Atmosphère saisonale, (pression de 1 E–6 bar) • T = 57.8 K • 1 lune – Charron (H2O glace?), double planète?

Comètes • Noyau solide et stable, de H2O glace et poussière et d’autres solides • Coma (atmosphère) –nuage d’eau, CO2 et d’autres gaz sublimé du noyau • Nuage d’H2(106 km diamètre • Queue de poussière (long de 10 millions km) • Queue ionique (long de 100s millions km) composée de plasma causée par le vent solaire • Provient du nuage Oort, aux extrémités du système solaire (trillions de comètes, mass de Jupiter??)

Naissance de notre système solaire